專利名稱：建筑式太陽(yáng)集熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽(yáng)能利用技術(shù)，涉及太陽(yáng)能的光熱轉(zhuǎn)換裝置，特別涉及一種建筑式太陽(yáng)集熱裝置，該集熱裝置可將建筑物表面接收的太陽(yáng)光轉(zhuǎn)變成熱能并予輸出。
背景技術(shù)：
能源是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。太陽(yáng)能是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)、永恒利用的能源。人們對(duì)利用太陽(yáng)能提供熱水或加熱空氣的裝置已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，取得了許多成果。
提供熱水的裝置是通過(guò)集熱器捕獲太陽(yáng)能的；這些集熱器主要有平板太陽(yáng)集熱器和真空管太陽(yáng)集熱器，它們常常被安裝在屋頂上。太陽(yáng)集熱器依靠其自身的黑色受光體把太陽(yáng)輻射光轉(zhuǎn)換成熱能，把箱體內(nèi)的水或真空管內(nèi)的水加熱，以達(dá)到利用的目的。
太陽(yáng)能加熱空氣的裝置則是把太陽(yáng)集熱器受光面所捕獲的光轉(zhuǎn)變成熱能，再利用流動(dòng)的空氣把熱能帶走以便利用。這些裝置也可以安裝在屋項(xiàng)上，但絕大多數(shù)安裝在地面的空地上。
中國(guó)專利01817104.4公開(kāi)了一種太陽(yáng)能加熱屋頂?shù)难b置。美國(guó)、日本、英國(guó)等均有一些相關(guān)專利，它們利用屋頂加熱空氣等。
無(wú)論是采用提供熱水的還是加熱空氣的太陽(yáng)能裝置，它們提供能量的多少很大程度上取決于其太陽(yáng)集熱器受光面的面積大小。為了獲取較多的能量，需要較大的受光面積。這樣對(duì)屋頂?shù)拿娣e要求也會(huì)增加，而常常是難以滿足要求的。同時(shí)，對(duì)屋頂?shù)某兄匾笠矔?huì)增加。另外這樣的集熱器還影響美觀，一旦出現(xiàn)故障會(huì)殃及周鄰。
無(wú)論是真空管太陽(yáng)集熱器還是平板太陽(yáng)集熱器，它們存在二方面問(wèn)題。一方面，它們都需要成為一個(gè)獨(dú)立的專用系統(tǒng)進(jìn)行安裝和使用，需占據(jù)特定的空間、場(chǎng)地和循環(huán)管路，這既受到了場(chǎng)地的限制，安裝施工也多有不便，又增加了運(yùn)行維護(hù)和成本費(fèi)用，還不美觀，常常破壞了建筑的整體格調(diào)。另一方面，它們都直接用水作熱媒。由于水的物理特性也給使用者帶來(lái)了諸多不便，如在0℃結(jié)冰、100℃沸騰、導(dǎo)熱系數(shù)小、結(jié)垢、溢水等一系列問(wèn)題。熱媒工作處于開(kāi)路循環(huán)系統(tǒng)狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種建筑式太陽(yáng)集熱裝置，該裝置與建筑物朝陽(yáng)墻體表面或屋頂?shù)某?yáng)表面形成一體，成為建筑物的一部分，可實(shí)現(xiàn)與建筑物的一體化。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，一種建筑式太陽(yáng)集熱裝置，包括建造在太陽(yáng)照射墻體上用于收集太陽(yáng)能的集熱墻面，其特點(diǎn)是，在該收集太陽(yáng)能的墻面上由表及里依次設(shè)置有隔熱透光層、陽(yáng)光吸收層、反射墻面輻射層、光熱轉(zhuǎn)換墻和封閉在光熱轉(zhuǎn)換墻內(nèi)的用于光熱交換的熱媒；它們與建筑物墻體之間有一層絕熱層；熱媒的封閉管路分為主干線和支線；熱媒通過(guò)熱能轉(zhuǎn)移通道和換熱器送入房間的的二次供熱設(shè)備中。
本發(fā)明的其它特點(diǎn)是，所述隔熱透光層選用氧化物薄膜；陽(yáng)光吸收層選用金屬氧化物薄膜；反射墻面輻射層選用反射性能良好的金屬氧化物薄膜。
所述氧化物薄膜為氧化鋁或TiO2/Ag/TiO2或鋁、鈦的氧化物復(fù)合涂層等。
所述金屬氧化物薄膜為氧化銅黑或氧化鐵黑或鉻黑或銅底碳化鐵。
所述光熱轉(zhuǎn)換墻為鋼或鐵的薄板材料。
所述支線、主干線可以與光熱轉(zhuǎn)換墻制成一體。
本發(fā)明不僅把建筑物朝陽(yáng)墻體表面(或屋頂?shù)某?yáng)面)制成采光板，成為建筑物的一部分，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能裝置與建筑物的一體化。而且它還把采光板捕獲的光轉(zhuǎn)換成熱能的同時(shí)，采用物理性能優(yōu)越的熱媒把熱能迅速輸送出去以提高產(chǎn)熱量和光熱轉(zhuǎn)換效率。除了熱媒的物理性能差異之處，本發(fā)明的建筑式太陽(yáng)集熱裝置采用的熱媒是在一個(gè)閉路通道中傳遞能量的。在裝置運(yùn)行過(guò)程中，熱媒不會(huì)減少。始終保證系統(tǒng)處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。還與傳統(tǒng)方式不同的是熱媒工作不需要外加強(qiáng)制循環(huán)，從結(jié)構(gòu)和工作模式上解決了常規(guī)或傳統(tǒng)太陽(yáng)集熱器的問(wèn)題。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中的符號(hào)分別為1.隔熱透光層、2.陽(yáng)光吸收層、3.反射墻面輻射層、4.光-熱墻面、5.熱媒；圖2是本發(fā)明的熱媒管路圖；圖中的符號(hào)分別為6.收集熱能枝線，7.傳輸熱能主干，8.熱能轉(zhuǎn)移通道，9.換熱器；圖3是本發(fā)明的實(shí)施例示意圖圖中的符號(hào)分別為10.集熱墻面，11.絕熱層，12.二次供熱設(shè)備。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
依照本發(fā)明的技術(shù)方案，建筑式太陽(yáng)集熱裝置，包括建造在太陽(yáng)照射墻體上或朝陽(yáng)屋頂上的用于收集太陽(yáng)能的墻面10，在該收集太陽(yáng)能的墻面10上由表及里依次設(shè)置有隔熱透光保護(hù)層1、陽(yáng)光吸收層2、反射墻面輻射層3、光熱轉(zhuǎn)換墻4和封閉在轉(zhuǎn)換墻4內(nèi)的用于光熱交換的熱媒5；它們與建筑物墻體之間有一層絕熱層11；熱媒5的封閉管路分為主干線7和支線6，熱媒5通過(guò)熱能轉(zhuǎn)移通道8和換熱器9送入房間的的二次供熱設(shè)備12中。
隔熱透光保護(hù)層1選用氧化物薄膜；陽(yáng)光吸收層2選用金屬氧化物薄膜；反射墻面輻射層3選用反射性能良好的金屬氧化物薄膜。
氧化物薄膜為氧化鋁涂層或TiO2/Ag/TiO2復(fù)合涂層或鋁、鈦的氧化物復(fù)合涂層等。
金屬氧化物薄膜為氧化銅黑、氧化鐵黑、鉻黑或銅底碳化鐵。
光熱轉(zhuǎn)換墻4為鋼或鐵的薄板材料。
隔熱透光層1、陽(yáng)光吸收層2、反射墻面輻射層3和光轉(zhuǎn)換熱墻4構(gòu)成了收集太陽(yáng)能的墻面10。墻面10接受太陽(yáng)光并轉(zhuǎn)變成為熱能。它與建筑物墻體之間有一層絕熱層11，以防止熱能從墻體散失。如此，收集太陽(yáng)能的墻面10在夏季可阻止陽(yáng)光的熱能直接進(jìn)入房間、冬季阻礙房間的熱能從此處傳向室外，有一定的冬暖、夏涼作用。
二次供熱設(shè)備12用于把換熱器9中的熱能進(jìn)行二次疏散。它將根據(jù)用戶需求配置熱媒進(jìn)行再分配。如用水作熱媒，可提供、產(chǎn)出熱水以資利用，如洗澡、取暖等；用空氣作熱媒則產(chǎn)出熱空氣用于取暖或干燥加工等；用油作熱媒用于取暖等等。二次供熱設(shè)備12還可與電加熱、天然氣加熱或煤爐加熱等并網(wǎng)工作，構(gòu)成互補(bǔ)產(chǎn)熱系統(tǒng)以確保全天候供熱。
本發(fā)明的工作原理是，當(dāng)太陽(yáng)光照射在收集太陽(yáng)能的墻面10時(shí)，光線穿過(guò)隔熱透光層1，在陽(yáng)光吸收層2被吸收并轉(zhuǎn)換成熱能。該熱能加熱了光熱轉(zhuǎn)換墻4中的熱媒5，熱媒5利用支線6把這些熱能吸收，并通過(guò)主干線7傳輸熱能，經(jīng)熱能轉(zhuǎn)移通道8傳送給換熱器9，再送入房間的的二次供熱設(shè)備12中進(jìn)行該熱能的利用。
隔熱透光層1有三個(gè)作用，一個(gè)作用讓陽(yáng)光透過(guò)；第二個(gè)作用保護(hù)陽(yáng)光吸收層2以免被風(fēng)吹、日曬、雨、雪等損壞；第三個(gè)作用阻礙光熱換熱墻4中的熱能向外界疏散。陽(yáng)光吸收層2由吸收率非常高的材料構(gòu)成，以將照射在其上的陽(yáng)光吸收并進(jìn)行熱能轉(zhuǎn)換。反射墻面輻射層3的作用主要是把光熱轉(zhuǎn)換墻4因自身體熱所產(chǎn)生的長(zhǎng)波輻射給反射回去，以減少熱能傳向外界的損失。光熱轉(zhuǎn)換墻4由導(dǎo)熱良好的材料制成，如鋼或鐵的薄板材料。熱媒5是由導(dǎo)熱極好的材料制成，它的作用是在一個(gè)閉路中超高速的傳遞熱能。
支線6沿著主干線7呈柵狀分布在整個(gè)光熱轉(zhuǎn)換墻4上，以便其中的熱媒5把光熱轉(zhuǎn)換墻上的熱能吸收、傳輸出去。主干線7是把支線6中的熱能通過(guò)熱能轉(zhuǎn)移通道8快速的傳送到換熱器9中。熱能轉(zhuǎn)移通道8是連接光熱轉(zhuǎn)換墻4和換熱器9的傳熱管道，可根據(jù)需要制成不同長(zhǎng)短、彎曲形狀的管路。換熱器9由導(dǎo)熱性能良好的材料制成并加工成單位重量、單位體積表面積很大的幾何形狀，以便于二次供熱設(shè)備12的熱能交換。絕熱層11阻止光熱轉(zhuǎn)換墻4和熱能在傳輸過(guò)程中熱能的散失。
封閉管路的支線6、主干線7與光熱轉(zhuǎn)換墻4制成為緊密結(jié)合為一體，其間熱阻幾乎為零。
支線6、主干線7、熱能轉(zhuǎn)移通道8和換熱器9是中空、相通的并且它們還必須是密封的。這樣保證熱媒5不會(huì)出現(xiàn)泄漏。一定密度的熱媒5可保證它在這個(gè)密閉的通道中超高速的傳遞能量。
不但熱媒5在工作過(guò)程中不必進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)，而且換熱器9和二次供熱設(shè)備12也不受重力等因素的限制，可安置在房屋內(nèi)的任何地方。
按照本發(fā)明的裝置可取得的效果主要有①實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能利用裝置與建筑物的一體化。這樣可在建筑物建造時(shí)或遷入裝修時(shí)預(yù)先將本發(fā)明裝置安裝。從而克服了常規(guī)太陽(yáng)熱水器安裝在建筑物的屋頂所產(chǎn)生的一系列問(wèn)題，如屋頂?shù)某兄?、美觀、循環(huán)管路的鋪設(shè)和管路造成的熱能損失和水的浪費(fèi)等。
②可靠性大幅提高。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)形式是一種閉路系統(tǒng)，在運(yùn)行過(guò)程中，沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件或流動(dòng)液體。如常規(guī)采用的強(qiáng)制循環(huán)泵、水作為熱的載體等所引起的問(wèn)題。
③太陽(yáng)能裝置性能得到改善。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)完全克服了環(huán)境溫度過(guò)低時(shí)結(jié)冰造成不能使用甚至膨脹破壞裝置的現(xiàn)象，采光板溫度過(guò)高時(shí)產(chǎn)生水的沸騰或結(jié)垢導(dǎo)致使用性能下降，上水過(guò)量出現(xiàn)溢水等問(wèn)題。
④提高產(chǎn)熱量。由于本發(fā)明的建筑式太陽(yáng)集熱裝置，采用建筑式的墻面或屋面的結(jié)構(gòu)，自身承載要求很低，不受樓層或屋頂面積限制，這樣可大大擴(kuò)大太陽(yáng)輻射的采光面積，從而可提供更多的熱能。
⑤用途較廣。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是把太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換的熱能傳至換熱器。再由換熱器利用其它熱媒二次輸往它處；這樣它可加熱水、加熱空氣、加熱油等以滿足不同場(chǎng)合的需要。
總之，本發(fā)明可克服常規(guī)、傳統(tǒng)太陽(yáng)集熱器的弊端、提高自身性能、擴(kuò)大使用范圍。為進(jìn)一步提高和普及太陽(yáng)能的利用具有一定的積極作用。
以下是發(fā)明人給出的實(shí)施例。
如圖3所示，這是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施列，隔熱透光層1選用氧化物薄膜。陽(yáng)光吸收層2選用金屬氧化物薄膜。反射墻面輻射層3選用反射性能良好的金屬氧化物薄膜。熱媒5選用準(zhǔn)納米導(dǎo)熱材料，光熱轉(zhuǎn)換墻4、熱媒的支線6、主干線7、熱能轉(zhuǎn)移通道8和換熱器9分別選用價(jià)格低廉的黑色金屬薄板、管材料加工而成。絕熱層11選用一般的保溫材料即可，其管道部分可選用型材。二次供熱設(shè)備12可以選擇暖氣包或淋浴器。
收集太陽(yáng)能的墻面10作為建筑房屋朝陽(yáng)垂墻外表面的一部分被建造在墻體上。它不需要另加裝配支架和固定裝置。
權(quán)利要求
1.一種建筑式太陽(yáng)集熱裝置，包括建造在太陽(yáng)照射墻體上或朝陽(yáng)屋頂上的用于收集太陽(yáng)能的墻面(10)，其特征在于，在該收集太陽(yáng)能的墻面(10)上由表及里依次設(shè)置有隔熱透光保護(hù)層(1)、陽(yáng)光吸收層(2)、反射墻面輻射層(3)、光熱轉(zhuǎn)換墻(4)和封閉在光熱轉(zhuǎn)換墻(4)內(nèi)的用于光熱交換的熱媒(5)；它們與建筑物墻體之間有一層絕熱層(11)；熱媒(5)的封閉管路分為主干線(7)和支線(6)，熱媒(5)通過(guò)熱能轉(zhuǎn)移通道(8)和換熱器(9)送入房間的的二次供熱設(shè)備(12)中。
2.如權(quán)利要求1所述的建筑式太陽(yáng)能集熱裝置，其特征在于，所述隔熱透光保護(hù)層(1)選用氧化物薄膜；陽(yáng)光吸收層(2)選用金屬氧化物薄膜；反射墻面輻射層(3)選用反射性能良好的金屬氧化物薄膜。
3.如權(quán)利要求2所述的建筑式太陽(yáng)能集熱裝置，其特征在于，所述氧化物薄膜氧化物薄膜為氧化鋁或TiO2/Ag/TiO2復(fù)合涂層或鋁、鈦的氧化物復(fù)合涂層。
4.如權(quán)利要求2所述的建筑式太陽(yáng)能集熱裝置，其特征在于，所述金屬氧化物薄膜為氧化銅黑或氧化鐵黑或鉻黑或銅底碳化鐵。
5.如權(quán)利要求2所述的建筑式太陽(yáng)能集熱裝置，其特征在于，所述光熱轉(zhuǎn)換墻(4)為鋼或鐵的薄板材料。
6如權(quán)利要求1所述的建筑式太陽(yáng)集熱裝置，其特征在于，所述支線(6)、主干線(7)可以與光熱轉(zhuǎn)換墻(4)制成一體。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種建筑式太陽(yáng)集熱裝置，包括建造在太陽(yáng)照射墻體上或朝陽(yáng)屋頂上的用于收集太陽(yáng)能的墻面，在該收集太陽(yáng)能的墻面上由表及里依次設(shè)置有隔熱透光保護(hù)層、陽(yáng)光吸收層、反射墻面輻射層、光熱轉(zhuǎn)換墻和封閉在轉(zhuǎn)換墻內(nèi)的用于光熱交換的熱媒；它們與建筑物墻體之間有一層絕熱層；熱媒5的封閉管路分為主干線和支線，熱媒通過(guò)熱能轉(zhuǎn)移通道和換熱器送入房間的的二次供熱設(shè)備中。本發(fā)明將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成熱能并把該熱輸送出去的裝置。由于是利用墻體自身產(chǎn)熱，所以實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能利用裝置與建筑物的一體化。這可大大提高建筑物捕獲太陽(yáng)光的面積。同時(shí)本發(fā)明結(jié)構(gòu)也使太陽(yáng)集熱裝置的性能得到提高。這對(duì)節(jié)能、環(huán)保和能源的替代都有一定的積極意義。
文檔編號(hào)E04D13/18GK1563630SQ200410025989
公開(kāi)日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2004年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月25日
發(fā)明者施鈺川, 黃國(guó)華 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)